表3.1无碱和中碱玻瑞纤维性能对比
种类
耐酸性 耐水性 机械强度 防老化性 电绝缘性 成本 树脂 适用条件
好 差
高 低
较好 差
好 低
较高 好 低
差
用于强度高的场合 用于强度低的场合
无碱纤维 一般 中碱纤维 好
因此选用中碱玻璃纤维，各种纤维及织物的特点有：
(1)无捻纤维：无捻纤维各股纱之间张力均匀，不起毛、不断头、成带性好，对树脂浸润性好，所制玻璃钢管道强度也比有捻纤维要高。
(2)表面毡：表面毡应用最早，使表面产生富树脂层而光滑有弹性，减少摩擦阻力，提高耐磨性、耐腐蚀性、耐水性、耐老化性和抗冲击性，是制作玻璃钢内衬耐腐蚀层的首选材料。
(3)玻璃纤维毡：常用于缠绕成型制品的富树脂层，包括内衬层和外表层，一般采用短切毡[1]，缠绕工艺对玻璃纤维毡的要求:毡片浸透性要好、消泡性要好。 3.1.3辅助材料
为使树脂按工艺要求固化，以及改进树脂的理化性能或固化后制品的某些性能如阻燃抗静电、耐磨等性能通常在树脂配方中加入某些助剂如固化剂、引发剂、促进剂、阻燃剂、脱模剂、低收缩剂等。固化剂也称引发剂，它能使树脂固化，是树脂配方中不可缺少的组成部分，并且对树脂性能有极大影响，不同树脂的固化体系不一，即使同一种树脂，使用环境不同，固化剂加入的量也不尽相同，需要在使用前充分试验，确定配方后方可正式使用。在玻璃钢中使用的不饱和聚醋树脂、乙烯基酷树脂等溶解在乙烯基单体中，它们进行共聚反应，是要由引发剂分解产生的游离基来引发，常用的引发剂有两种，有机过氧化物和偶氮化合物。
引发剂的选用要考虑以下几个因素[1]：a.树脂活性，所选固化剂与树脂的反应性相匹配，树脂反应性强，选用的引发剂活性要高，树脂反应性弱，选用的引发剂的活性要较低以免游离基产生较快，到固化后期缺乏引发剂；b.适用期，配制好的胶液必须保证有效地浸渍增强材料，其胶液的存放时间为适用期，不同配方的适用期是不同的；c.成型温度，按成型产物温度可分为低温、中温、高温三种固化类型，必须选择适合于该温度范围的有氧化物，缠绕成型法在中温固化范围内；d.固化速度，树脂的固化速度与引发剂的活性、加入量和成型温度有关，引发剂的用量一般为1%~2%，成型温度确定，就可了解引发剂的活性与固化时间的关系，以达到放热峰温度来计算固化时间。
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引发剂的选用必须考虑填料、颜料及其他添加剂对固化工艺的影响，目前固化不饱和聚酷树脂用的有机过氧化物的临界温度都在60℃以上，对于固化温度要求在室温时，这些有机过氧化物就不能满足要求，必须设法使过氧化物的临界温度降低，当有机过氧化物在叔胺作用下，就可在较低温度下产生游离基。
考虑以上因素，选择过氧化甲乙酮作为引发剂，其价格低，性能好，使用极其方便，和树脂混合容易。
选择促进剂时应注意选择活性好，用量少，胶凝时间快，应与引发剂相配合。放热峰适当、毒性小的促进剂。 3.2管道各层性能设计
管壁可分为三层结构，即内衬层、结构层和外表层。其功能各为：内衬层主要起防腐、防渗作用；结构层承受荷载引起的各种应力；外保护层则用于防自然老化和摩擦碰撞。
内表层为富树脂层，厚2.0mm，树脂选双酚A型不饱和聚酯树脂，增强材料选中碱玻璃纤维表面毡和短切毡；
结构层选用双酚A型不饱和聚酯树脂，增强材料选中碱玻璃纤维无捻粗纱； 外保护层选用通用型不饱和聚酯树脂，增强材料选中碱玻璃纤维短切毡，加入适量UV9 紫外线吸收剂，防止老化。
图3.1 玻璃钢管管壁结构
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4 结构设计
结构设计主要是对管道进行强度、刚度、稳定性等方画的设计与计算，包括管道的结构层的壁厚、铺层方式、管接头的形式等[4]。一般设计可分为以下几个阶段[5]：分析管道的技术条件和工作条件，提出计算要求；根据技术条件进行荷载分解，然后组一合校核；进行管道设计计算；进行管道刚度及稳定性设计计算；进行管件连接设计。 4.1玻璃钢管受力分析
输气管工作压力只有均匀内压，工作压力在管截面上的分布如下图所示：
图4.1 玻璃钢管道压力分布
4.2管壁厚计算及校核
(1)按环向强度计算管壁厚度
查表取环向拉伸强度270MPa则环向许用应力
270??y???27MPa??10 （4.1）
再由公式
t?PwD2[σy]-Pw?1.2?2502?27010?1.2?5.7mm （4.2）
初选玻璃钢管壁厚为5.7mm。
(2)校核轴向强度
由表查得玻璃钢管轴向拉伸强度为85～160MPa取100MPa。又由安全系数为10得
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许用应力??x??t?PwD4[?X10010?10MPa。按??x??PW(D?t)4t，将其变换为
]?Pw （4.3）
?7.5mm带入数值得出t?1.2?2504?10?1.2
按轴向允许应力求得玻璃钢管壁厚度为7.5mm，大于按环形应力求得的壁厚，故管的厚度应取7.5mm方可靠。 (3)刚度校核
当管壁厚度为时，按简支梁受均匀载荷计算，按式求其最大挠度。因为管输送气体，所以介质密度为零[6]。则管上的均匀载荷等于玻璃钢管自重,玻璃钢管的密度为1.8t/m3）即
q???2?D?2t??D2??m (4.4)
4??带入数值得
q?π4[(0.25?0.0150)?0.25]?1.8?10223?11N/m3
玻璃钢管截面惯性矩I0 由下式求出：
I0=(D4?d4)?4ππ4(0.26504?0.25)?48.05269?10?4m4 （4.5）
??qL4384ExI0 （4.6）
11?3.64?4 ??384?0.9?1010?8.05269?10m?6.6388?10
?7m＜6.5mm
满足刚度条件。考虑到玻璃钢管在运输、制造和使用中的复杂情况，壁厚应比计算值稍大，所以管壁厚度最终确定为7.5mm。
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5 工艺设计
玻璃钢管得制造方法很多。成熟的制造方法有手糊成型法、预浸布卷管成型法、纤维缠绕成型法、拉挤缠绕成型法、PVC-玻璃钢复合成型法和离心浇注成型法等。
根据管道的压力和运行情况，采用缠绕成型制管工艺。纤维缠绕制管工艺是将连续玻璃纤维，浸渍树脂胶液后，按照一定规律缠绕到芯模上，然后经固化、脱模、获得管材[7]。
5.1纤维缠绕制管所用设备
纤维缠绕成型用的模具一般为钢模，也可以用玻璃钢材料制模。管径在800以下的芯模采用整体式钢模，管径在800以下的采用开缩式模具。为减少模具装卸时间，大型缠绕机常采用组合模具。即4根或6根芯模同装在一个大转鼓上，随转鼓公转或自传。 5.2纤维缠绕制管工艺 5.2.1纤维缠绕制管的优点
(1)能按管的受力状况设计缠绕规律，满足环向和轴向受力要求，充分发挥纤维强度。 (2)可靠性高 缠绕制管采用缠绕机生产，易实现自动化和机械化。工艺条件确定后，缠出来的管材尺寸精确，质量稳定。
(3)生产效率高 采用机械化或自动化缠绕机生产管，缠绕速度快，需要工人少，劳动生产率高。
(4)比强度高 缠绕制管结构层得纤维含量可达80%。其比强度不仅高于钢和钛，而且高于手糊和卷制玻璃钢。
(5)成本低 缠绕制管可合理配置内衬层、结构层和外保护层材料。能降低材料成本。同时由于生产率高，还能降低加工费用。故可使缠绕管达到最佳的经济效益。 5.2.2纤维缠绕制管工艺流程
胶液配制 模具准备 纤维准备 浸胶 张力控制 纵向缠绕 表面处理 脱模 固化 图5.1纤维缠绕制管工艺流程
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